隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，視覺檢測技術(shù)已越來越成熟，應(yīng)用領(lǐng)域已比較廣泛。采用視覺檢測技術(shù)進(jìn)行工業(yè)缺陷檢測具有非接觸、高效、低成本、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)，在檢測缺陷和防止缺陷產(chǎn)品方面具有不可估量的價(jià)值。

視覺檢測系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

視覺檢測通過一次拍攝可自動檢測多種規(guī)格尺寸、角度、面積等數(shù)據(jù)，具有檢測速度快、檢測精度高等優(yōu)勢，同時(shí)數(shù)據(jù)可自動上傳到生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，便于后續(xù)大數(shù)據(jù)分析和質(zhì)量改善。應(yīng)用圖像分析和自動掃碼識別技術(shù)等，根據(jù)視覺系統(tǒng)判別的結(jié)果來智能控制現(xiàn)場工件定位和設(shè)備動作，可提高生產(chǎn)線的柔性和自動化程度。

視覺檢測采用非接觸方式拍攝物體的圖像，對其進(jìn)行檢測并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)供系統(tǒng)處理和分析。圖像通過 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征和幾何尺寸，如長度、面積、平行線、角度、圓度、位置等，輸出檢測結(jié)果，對比預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)條件計(jì)算出產(chǎn)品特征數(shù)據(jù)差異，從而實(shí)現(xiàn)自動識別、檢測、預(yù)警功能。

視覺檢測系統(tǒng)除了應(yīng)用在產(chǎn)品尺寸數(shù)據(jù)測量外，還可取代人工定位和裝配作業(yè)。結(jié)合生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)和工業(yè)控制軟件，能快速完成零件的自動識別與柔性定位，實(shí)現(xiàn)全自動生產(chǎn)。例如，利用視覺檢測系統(tǒng)檢測圖像中二維碼，可快速識別工件的件號名稱及規(guī)格，利用圖像處理系統(tǒng)對加工零件孔的特征識別，按其相對位置來自動修正安裝位置偏差，可消除零件加工誤差帶來的位置度偏移，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝配線的柔性化和自動化。

視覺檢測系統(tǒng)在電梯上的應(yīng)用

某電梯公司已在日常鈑金加工中推廣應(yīng)用視覺檢測系統(tǒng)，結(jié)合電梯廳門、轎底、托架與上梁鈑金生產(chǎn)線的自動化改造升級項(xiàng)目，將視覺檢測系統(tǒng)和視覺定位系統(tǒng)融入到生產(chǎn)線自動作業(yè)檢測環(huán)節(jié)，作為數(shù)沖與折彎工序的尺寸檢測與分析，完全取代人工檢測，如圖 1所示。

圖 1 折彎工序的尺寸檢測與分析

SPC軟件與視覺檢測系統(tǒng)的集成

用 SPC軟件與圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成，完成加工數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)報(bào)警監(jiān)控。以 SPC質(zhì)量分析軟件為基礎(chǔ)，將每一個(gè)檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入到加工數(shù)據(jù)庫內(nèi)，SPC可自動對產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)做統(tǒng)計(jì)與分析，展示數(shù)據(jù)分布圖、運(yùn)行控制圖、差異統(tǒng)計(jì)表、工序加工能力指數(shù)，并對超出控制線的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)警，對超差數(shù)據(jù)實(shí)施自動停機(jī)，達(dá)到控制和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目標(biāo)，SPC電子看板如圖2所示。

圖 2 SPC電子看板

SPC質(zhì)量分析軟件將制程及產(chǎn)品中的大量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的智能化信息，將西格瑪方法論應(yīng)用于生產(chǎn)的整個(gè)制程，讓工廠的管理、技術(shù)及操作人員運(yùn)用軟件實(shí)施細(xì)化管理、精益操作，實(shí)時(shí)、詳盡地了解生產(chǎn)狀況，及時(shí)查找造成制程不穩(wěn)定的特殊原因并采取措施加以消除，確保制造過程受控以及檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。從根本上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品抽檢模式到過程控制模式的改變，提前預(yù)測制程的可能變化，避免問題的發(fā)生。產(chǎn)品加工SPC控制如圖 3所示。

圖 3 產(chǎn)品加工SPC控制

通過電子大屏幕實(shí)時(shí)反映生產(chǎn)過程波動狀況，以透明的質(zhì)量管理方式鞭策質(zhì)量管理人員，及時(shí)查找并消除制程不穩(wěn)定因素，同時(shí)將良好的受控質(zhì)量狀況直接展示給客戶。

視覺檢測系統(tǒng)在自動化改造中的應(yīng)用

鈑金零部件加工環(huán)節(jié)多，受設(shè)備加工精度、折彎系數(shù)、原材料材質(zhì)、厚度變化、人工操作偏差等因素影響，產(chǎn)品在多道折彎工序后，尺寸公差變動相對較大。尤其是零件的累計(jì)誤差波動更大，導(dǎo)致后續(xù)裝配工序找不到合適的定位基準(zhǔn)，無法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配作業(yè)自動化。為解決裝配定位誤差大的難題，我們在產(chǎn)品自動在線檢測經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，也開始嘗試將視覺檢測系統(tǒng)應(yīng)用到產(chǎn)品的裝配定位作業(yè)中。利用視覺檢測系統(tǒng)快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的優(yōu)勢，首先識別產(chǎn)品零件的特征和相對位置測量，將測量數(shù)據(jù)與理論尺寸做比較，計(jì)算出兩者的偏差和修正量。然后用工控機(jī)控制產(chǎn)線機(jī)械手自動定位到實(shí)際產(chǎn)品裝配坐標(biāo)位置。

下面以圖4所示電梯廳門部件的實(shí)際生產(chǎn)為例，介紹視覺檢測系統(tǒng)在電梯廳門鉚螺母生產(chǎn)中的自動化改造。從圖4可以看出，廳門右側(cè)有4顆M6鉚接螺母需要裝配，為保證拉鉚螺母的鉚接強(qiáng)度，鉚接螺母與零件預(yù)沖孔的單邊間隙要求不超過 0.05mm。

圖 4 電梯廳門部件

廳門經(jīng)過剪板、數(shù)沖和多道折彎工序加工后，在折彎邊上的拉鉚螺母預(yù)沖孔的累計(jì)誤差比較大。經(jīng)過實(shí)際批量檢測，拉鉚螺母的預(yù)沖孔位置度累計(jì)誤差一般在 0.15mm以上。由于零件加工精度誤差問題很難改善，在先前規(guī)劃設(shè)計(jì)廳門自動化組裝線時(shí)，考慮到鉚接槍與工件干涉會引起產(chǎn)品返工報(bào)廢，鉚接螺母這道工序只能安排人工來操作。但在廳門自動裝配線改造運(yùn)行后，操作工人為了跟上自動流水線的生產(chǎn)節(jié)拍，只能一刻不停地連續(xù)進(jìn)行鉚螺母作業(yè)，由于勞動強(qiáng)度太大，人工不僅拖累整條線的正常生產(chǎn)節(jié)拍，而且作業(yè)環(huán)境不安全。所以廳門拉鉚螺母工序改成自動作業(yè)模式刻不容緩。

我們的改進(jìn)方案是增加輔助視覺檢測系統(tǒng)，通過拍攝廳門圖像獲取拉鉚孔特征位置信息，檢測并計(jì)算拉鉚孔位置尺寸和角度，讓自動控制系統(tǒng)控制機(jī)械手和拉鉚機(jī)槍頭作動態(tài)位置修正，確保拉鉚槍與預(yù)沖孔的中心位置重合，實(shí)現(xiàn)自動鉚螺母作業(yè)。自動鉚螺母裝置如圖 5所示。

圖5 自動鉚螺母裝置

自動鉚螺母裝置包括基座、輸送裝置、廳門定位夾緊裝置、鉚螺母槍以及驅(qū)動鉚螺母槍三維運(yùn)動的伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，還設(shè)有向鉚螺母槍供給鉚螺母的送料機(jī)構(gòu)。

應(yīng)用視覺檢測系統(tǒng)后，好比給生產(chǎn)設(shè)備安了一雙眼睛，讓機(jī)器能自己看準(zhǔn)廳門上預(yù)沖孔的位置，讓其自主按產(chǎn)品裝配位置實(shí)時(shí)變化，相應(yīng)調(diào)整機(jī)械手位置消除變動誤差，保證每一次動作，都能將鉚螺母自動準(zhǔn)確移動至實(shí)際廳門預(yù)沖孔正上方。鉚螺母槍在拾取螺母后將其鉚定在板件上，從而消除了零件尺寸累計(jì)誤差導(dǎo)致的鉚螺母卡死現(xiàn)象。

在廳門板件上鉚螺母的主要作業(yè)內(nèi)容：首先應(yīng)用振篩器輸送軟管，將鉚接螺母持續(xù)不斷地向供料筒輸送，然后機(jī)械手將鉚接螺母從供料筒底部的出口，轉(zhuǎn)移至鉚螺母槍的槍頭正下方，通過視覺和自動控制系統(tǒng)定位到廳門預(yù)沖孔上方，同時(shí)移動鉚螺母槍并定位至同一條軸線上，鉚螺母槍下移、拾取螺母后，將其鉚定在廳門板件上，完成鉚螺母作業(yè)。

動作步驟：該設(shè)備使用時(shí)，當(dāng)電梯的廳門板進(jìn)入自動鉚螺母裝置的作業(yè)范圍內(nèi)后，觸發(fā)光電感應(yīng)裝置，控制系統(tǒng)發(fā)出指令控制夾緊裝置將廳門定位到固定位置，視覺檢測系統(tǒng)拍攝廳門定位圖像，讀取檢測圖像特征，利用圖像處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)進(jìn)行位置分析，計(jì)算拉鉚槍位移修正量并自動補(bǔ)償，以消除零件加工誤差造成的定位偏差。本廳門設(shè)有左右兩套的自動鉚螺母系統(tǒng)，位置偏差可分別檢測、自動計(jì)算。自動控制執(zhí)行系統(tǒng)根據(jù)偏差修正值和位置數(shù)據(jù)，控制直線氣缸和伺服系統(tǒng)驅(qū)動鉚螺母槍準(zhǔn)確定位至實(shí)際孔正上方。

鉚螺母槍就位后，觸發(fā)傳感器，工控機(jī)控制直線氣缸和擺動氣缸驅(qū)動氣動手指下降和旋轉(zhuǎn)，直至位于收放機(jī)構(gòu)的下方，收到傳感器到位信號后，控制氣動手指夾持鉚螺母，工控機(jī)接收到傳感器夾持完畢的信號后，控制驅(qū)動氣動手指下降和旋轉(zhuǎn)，直至位于鉚螺母槍的下方，鉚螺母槍拾取鉚螺母后，氣動手指張開后復(fù)位，鉚螺母槍將鉚螺母鉚定在預(yù)定位置。

廳門自動鉚螺母裝置應(yīng)用視覺自動識別和控制后，替代了以前由人工來完成的工作，保證鉚螺母的準(zhǔn)確率，大大提高了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。

隨著“中國制造2025”持續(xù)推進(jìn)，智能制造領(lǐng)域機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，特別是視覺檢測與自動控制技術(shù)綜合應(yīng)用前景廣闊，通過視覺智能檢測、分析、判斷、推理，并和智能機(jī)器融合起來，持續(xù)應(yīng)用到加工、裝配和質(zhì)量改善等環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備高度柔性化和自主控制。該技術(shù)比較適合在鈑金加工行業(yè)中應(yīng)用，通過綜合運(yùn)用上述方法，作用蠻明顯，是一種提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量的先進(jìn)制造技術(shù)。